KR101825435B1 - 사이로스펀 방적법을 이용한 초고분자량 폴리올레핀과 천연섬유를 함유하는 방검복용 혼합방적사의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양모 섬유와 UHMWPE의 혼합 방적사의 제조 공정에서 장력조절 가이드를 통해 적정의 장력을 균일하게 부여하여 필라멘트의 날림과 흐트러짐을 방지하고, 와인더의 조건을 최적으로 조절하고 대전방지제로 처리함으로써 정전기를 방지하여 제조 중 섬유의 날림을 방지하여 방적효율을 극대화시킴으로써 기존의 방적법으로는 생산이 불가능했던 양모와 UHMWPE의 혼합방적사의 제조가 가능해짐과 동시에 UHMWPE의 우수한 방검 성능은 그대로 유지하면서 착용감과 활동성이 개선된 사이로스펀 방적법을 이용한 초고분자량 폴리올레핀과 천연섬유를 함유하는 방검복용 혼합방적사의 제조방법 및 이로부터 제조된 혼합방적사에 관한 것이다.

Description

사이로스펀 방적법을 이용한 초고분자량 폴리올레핀과 천연섬유를 함유하는 방검복용 혼합방적사의 제조방법 및 이로부터 제조된 혼합방적사{Method of Preparing Blend Yarn for Anti-stab Vest of UHMWPE and Wool Fiber Using Sirospun Spinning and Blend Yarn Prepared Thereby}

본 발명은 사이로스펀 방적법을 이용한 초고분자량 폴리올레핀과 천연섬유를 함유하는 방검복용 혼합방적사의 제조방법 및 이로부터 제조된 혼합방적사에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양모 섬유와 UHMWPE(Ultra High Molecular Weight Poly Ethylene, 이하 'UHMWPE'라 함)의 혼합 방적사의 제조 공정에서 장력조절 가이드를 통해 장력을 균일하게 부여하고 와인더의 조건을 최적으로 조절함으로써 기존의 방적법으로는 생산이 불가능했던 양모와 UHMWPE의 혼합방적사의 제조가 가능해짐과 동시에 UHMWPE의 우수한 방검 성능은 그대로 유지하면서 착용감과 활동성이 개선된 사이로스펀 방적법을 이용한 초고분자량 폴리올레핀과 천연섬유를 함유하는 방검복용 혼합방적사의 제조방법 및 이로부터 제조된 혼합방적사에 관한 것이다.

방검복은 경찰 지구대원이나 군인 및 일반 경호업체에 근무하는 경호원들의 보호복으로 사용되고 있다. 한국과 같이 총기 소지를 엄격하게 제한하고 있는 나라에서는 총알에 대한 위협보다는 실질적으로 칼에 의한 위협이 더 크기 때문에 방검복은 안전을 위해서 매우 중요하다. 그 밖에도 고가의 물건을 파는 상점이나 거액의 현금을 보유하고 있는 장소, 공병 파쇄장 등의 산업현장에서도 사용될 수 있다.

국내에서 판매되는 방검복의 경우 활동성을 위하여 방검소재를 주요 부위에 한정하여 적용 보호성능의 극대화를 위하여 두꺼운 방검판을 사용하여 활동성이 불편한 제품이 대다수이다. 이러한 방검성을 달성하기 위하여 초고분자량 폴리에틸렌(ultrahigh molecular weight polyethylene, 이하 UHMWPE라 함) 소재나 p-아라미드를 주로 사용하고 있다.

최근에는 아라미드 직물을 여러겹 적층한 아라미드 직물 적층체가 널리 사용되고 있으나, 나이프로 충격을 가할 경우 후면 변형이 쉽게 일어나 방검성능이 충분하게 발휘되지 못하는 문제점 있다.

UHMWPE는 선형 폴리에틸렌으로 평균 분자량이 고밀도 폴리에틸렌 분자량의 10배 정도로 매우 분자량이 큰 재료이다. UHMWPE로 대표되는 고강도 폴리올레핀은 p-아라미드 섬유에 비하여 인장강도가 40% 이상 높고 충격 저항이 매우 놓아 보호성능이 우수하며 밀도가 1.0g/cm³ 이하로 매우 가볍고 신장률, 화학적 저항, 저온특성, 절연특성 및 유전특성이 우수하여 제직성이 우수한 특징이 있다. 이러한 여러 우수한 특성을 동시에 나타내기 때문에 방탄 조끼, 군사용 복합재료, 헬멧, 로프, 보강재, 낚시줄, 스키의 바닥 표면, 골프공 코어, 볼링장 또는 빙상경기장 바닥 표면, 생체 재료, 혈액 필터, 석탄, 곡물 및 시멘트 처리장치, 펌프 날개 또는 가스켓 등에 사용되고 있다. 그러나 단일소재로 제직된 원단을 의류용으로 사용할 경우 착용성이 나쁘기 때문에 천연섬유와의 하이브리드화가 필요하다.

한편, 최근 양모를 포함하는 천연섬유소재의 개발 방향은 특성이 다른 섬유와 복합함으로써 서로의 결점을 보완하여 우수한 섬유를 제조하는데 있으며, 현재는 사이로필(sirofill) 및 사이로스펀(sirospun) 방적법을 사용하여 서로의 단점을 보완하는 제품이 많이 개발되어 있다.

일례로 양모복합의 경우 단섬유 간의 복합과 단섬유와 장섬유간의 복합으로 크게 나누어지며, 면적 단섬유간의 복합은 대표적으로 파이어 혼방의 경우 일반적으로 균일한 혼합을 나타내는 장점이 있으나 2층 구조를 나타내는 복합사 제조에는 어려운 상황이다. 그리고 소모방의 대부분은 슬라이버로 혼방이 되고 있는 실정이다. 또한 최근 소비자의 다양한 요구사항에 의하여 단섬유와 장섬유에 의한 장단복합소재가 많이 부각됨에 따라 이에 대한 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

이에, 본 발명자들은 UHMWPE의 고강도물성 때문에 양모와의 복합소재를 제조하기가 극히 어려운 문제를 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 양모와 UHMWPE의 방검사의 제조 공정 중에서 양모와 UHMWPE의 물성특성과 조제 처리를 이용, 물리화학적으로 개선하여 장력을 균일하게 부여하고 원활한 방적이 가능하게 함으로써 착용성과 활동성이 우수한 혼합 방검사의 제조가 가능한 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 기존의 사이로스펀 기술로는 제조할 수 없었던 양모와 UHMWPE의 복합 소재의 제조방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 기존 방검복에 사용되는 소재에 비해 경량성을 갖는 소재로서 천연소재와 혼합하여 유연성 및 활동편의성을 극대화하고 착용편의성이 우수하면서도 방검성능도 우수한 소재 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 초고분자량 폴리올레핀 필라멘트와 천연섬유 슬라이버를 장력조절 가이드를 거쳐 정방기에 공급하여 사이로스펀 방적법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 초고분자량 폴리올레핀 및 천연섬유를 함유하는 방검복용 혼합방적사의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 또한 상기한 방법에 의해 제조되고, 강도가 170cN 이상이며, 직경이 260마이크론 미만이고, 초고분자량 폴리올레핀을 천연섬유가 감싸며 함유하는 것을 특징으로 하는 방검복용 혼합방적사를 제공한다.

본 발명에 따라 UHMWPE 자체 필라멘트사보다 양호한 방검성능을 나타내는 소모사가 바깥에서 감싸고 있는 사이로스펀사를 제조할 수 있으며, 와인더의 조건을 개선하여 정전기를 발생하는 방검사의 결점을 해결하고 기존의 사이로스펀(sirospun) 기술로는 불가능했던 양모와 UHMWPE의 혼합방적사의 제조를 가능하게 하여 착용성과 활동성 그리고 강신도가 우수한 방검사를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방적법의 사도를 나타낸 그림이다.

본 발명에서는 기존의 사이로스펀(sirospun) 기술로는 천연섬유와 UHMWPE의 혼합방적사를 제조하는 데에 한계가 있기 때문에 천연섬유와 UHMWPE의 혼합방적사의 조제 처리 공정에서 장력을 균일하게 부여하는 물리적 처리와 방적기 와인더의 이음 및 커팅 조건을 최적화하고 매디 부분의 온도를 증가시키며, 추가로 대전방지제 및 윤활제를 사용함으로써 원활한 방적이 가능하게 하여 착용성과 활동성이 우수한 천연섬유와 UHMWPE의 혼합 방검사의 제조가 가능한 것을 확인하고자 하였다.

본 발명에서는 천연섬유와 UHMWPE의 혼합방적사의 조제 처리 공정에서 장력을 균일하게 부여하는 물리적 처리와 방적기 와인더의 이음 및 커팅 조건을 최적화하고 매디 부분의 온도를 증가시키며, 추가로 대전방지제 및 윤활제를 사용하여 천연섬유와 UHMWPE의 혼합 방검사를 제조하였다.

그 결과 UHMWPE 필라멘트의 마찰 정전기를 감소시켜 사의 포합성을 개선시켜 기존의 사이로스펀(sirospun) 기술로는 천연섬유와 UHMWPE의 혼합방적사의 제조가 가능하지 않은 문제점을 해결함과 동시에 UHMWPE 자체 필라멘트사보다 소모사가 바깥으로 감싸고 있는 사이로스펀사가 보다 양호한 방검 성능을 나타냄을 확인할 수 있었다.

따라서 본 발명은 일 관점에서, 초고분자량 폴리올레핀 필라멘트와 천연섬유 슬라이버(sliver)를 장력조절 가이드를 거쳐 슬라이브 폴딩(sliver folding) 장치에 공급하여 사이로스펀(sirospun) 방적법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 초고분자량 폴리올레핀 및 천연섬유를 함유하는 방검복용 혼합방적사의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 양모 섬유와 UHMWPE의 복합방검사를 제조하기 위하여 소모 슬라이버 폴딩 장치를 이용하여 제조하면서 적정의 장력을 부여하기 위하여 세라믹 장력조절 가이드를 설치하여 필라멘트의 날림과 흐트러짐을 방지한다.

본 발명에 있어서, 와인더(winder)의 이음 및 컷팅(cutting) 조건이 하기와 같고, 사의 절단된 부분을 다시 이어주는 매디 부분의 온도는 70~120℃인 것을 특징으로 한다.

혼합방적사 직경대비 각 채널별 해당채널 직경백분율(%) 상한값과 해당채널 길이(㎝) 상한값에 따른 조건이 넵 채널(neps channel): 400~600%, 0.8~1.2cm; 쇼트 딕 채널(short thick channel): 200~300%, 2~3cm; 미들 딕 채널(middle thick channel): 120~170%, 4~6cm; 롱 딕 채널(long thick channel): 45~55%, 50~70cm; 띤 채널(thin channel): 50~60%, 25~35cm 또는 30~50%, 40~60cm.

본 발명에 있어서, 상기 초고분자량 폴리올레핀은 초고분자량 폴리에틸렌인 것이 바람직하며, 상기 천연섬유는 양모, 모, 견 및 마로 구성된 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

대전방지제:윤활제:물을 1:2~5:8~20의 중량비로 혼합한 에멀젼을 4~10%의 대섬유중량(owf)으로 분무하는 단계를 추가할 수 있다.

본 발명의 구체적인 실시예로서, 양모와 UHMWPE의 복합소재를 제조하기 위하여 소모 슬라이브 폴딩장치를 이용하여 방적 작업하며 와인더에서 넵 채널(neps channel): 500%, 1.0cm, 쇼트 딕 채널(short thick channel): 250%, 2.5cm, 미들 딕 채널(middle thick channel): 150%, 5.0cm, 롱 딕 채널(long thick channel): 50%, 60cm, 띤 채널 1(thin channel 1): 55%, 30cm, 띤 채널 2(thin channel 2): 40%, 60cm이고, 온도를 100℃로 조절하고 대전방지제(Nonstar 300): 윤활유 스핀텍스 PA(Spintex PA): 물 =1: 2~5: 8~20로 에멀젼화하여 4% ~10% owf(대섬유중량, on the weight of fiber)를 스프레이(spray)한다.

본 발명에 의하여 적정한 비율의 대전방지제 및 윤활제를 사용함으로써 양모와 UHMWPE 필라멘트의 마찰 정전기 발생으로 인한 제조 공정 중의 섬유의 날림 문제를 해결하고 사의 포합성을 개선시켜 방적을 가능하게 한다.

본 발명은 소모 슬라이버 폴딩(sliver folding) 장치를 적용함으로써 정방기 방출이 가능하여 강신도가 개선되고 방검사의 직경도 최소화되어 양호한 방검사 제조가 가능하다.

또한 와인더 조건을 개선시켜 방검사의 결점을 최소화하고 강신도도 개선시킨다. 즉 와인다 이음 및 컷팅(cutting)의 최적화 조건을 찾아내어 적용하였다. 또한 사의 절단된 부분을 다시 이어주는 매디 부분의 온도를 증가시킨다.

와인더 조건을 개선함으로써 강신도가 증가하고 결점이 최소화하는 효과를 가져왔다. 즉 개선전에는 사의 강도가 1600cN 이었으나 개선후 이음 스프라이싱(splicing) 부분이 약 1850cN 정도로 향상되었다.

따라서 본 발명은 다른 관점에서 상기한 방법에 의해 제조되고, 강신도가 1700cN 이상이며, 직경이 260마이크론 미만이고, 초고분자량 폴리올레핀을 천연섬유가 감싸며 함유하는 것을 특징으로 하는 방검복용 혼합방적사에 관한 것이다.

바람직하게는 강신도는 1700~2100cN일 수 있으며, 직경은 80~260마이크론일 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

[실시예]

실시예 1~3

정방 UHMWPE 필라멘트 50데니아와 양모를 소모 슬라피브 폴딩 장치를 이용하여 방적 작업을 실시하였다.

정방기 방출 형태는 도 1의 (I), (II) 및 (III)와 같으며, 그에 따른 방출사의 단면도 나타내었다. 정방기의 방출형태 (I)~(III)에 따른 방출사의 직경과 강신도(강력)는 하기의 표 1과 같다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3
정방기 방출형태	I	II	III
방출사의 직경(micron, μ)	170	254	254
강력(cN)	2020	1770	1770
	A사 소모사 직경 170micron, 강력 250cN B사 UHMWPE사 직경 84micron, 강력 1770cN

실시예 4

양모와 UHMWPE를 소모 슬라이브 폴딩장치를 이용하여 방적 작업하며 와인더에서 neps channel: 500%, 1.0cm, short thick channel: 250%, 2.5cm, middle thick channel: 150%, 5.0cm, long thick channel: 50%, 60cm, thin channel 1: 55%, 30cm, thin channel 2: 40%, 60cm, 온도: 100℃로 조절하고 대전방지제 Nonstar 300: 윤활성 SPINTEX PA: 물=1: 2~5: 8~20의 에멀젼(emulsion) 4%~10% owf를 스프레이하여 양모와 UHMWPE의 혼합방적사를 제조하였다.

비교예 1

상기 실시예 4에서 와인더를 표 2에서와 같은 조건으로 셋팅하고, 대전방지제, 대전방지제 및 윤활유의 에멀젼을 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예 4와동일하게 실시하였다.

	와인더 조건	결과 및 강도
실시예 4 (와인더 조건 개선)	- neps channel: 500% 1.0cm - short thick channel: 250% 2.5cm - middle thick channel: 150% 5.0cm - long thick channel: 50% 60cm - thin channel 1: 55% 30cm - thin channel 2: 40% 60cm - 온도 100℃	사의 결점이 적음 강도 1850cN
비교예 1 (기존의 와인더 조건)	- neps channel: 700% 1.0cm - short thick channel: 350% 2.5cm - middle thick channel: 200% 5.0cm - long thick channel: 60% 60cm - thin channel 1: 65% 30cm - thin channel 2: 55% 60cm - 온도: 60℃	사의 결점이 많음 강도 1600cN

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 양모와 UHMWPE과의 정전기 발생으로 인한 문제를 해결하여 방검 성능과 강신도가 우수하며, 직경이 감소한 방검사를 제조하였다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (6)

1. 대전방지제:윤활제:물을 1:2~5:8~20의 중량비로 혼합한 에멀젼을 4~10%의 대섬유중량으로 각각 분무한 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트와 양모 슬라이버를 장력조절 가이드를 거쳐 정방기에 공급하여 초고분자량 폴리에틸렌을 양모가 감싸도록 사이로스펀 방적법에 의해 혼합방적사를 제조하되,
   상기 정방기의 와인더는 혼합방적사 직경대비 각 채널별 해당채널 직경백분율(%) 상한값과 해당채널 길이(㎝) 상한값에 따른 조건이 넵 채널 500%, 1㎝, 쇼트 딕(thick) 채널 250%, 2.5㎝, 미들 딕 채널 150%, 5㎝, 롱 딕 채널 50%, 60㎝, 제1띤(thin) 채널 55%, 30㎝, 제2띤 채널 40%, 60㎝ 조건으로 결함을 제거하며, 매디부분의 온도가 100℃로 세팅되고,
   상기 혼합방적사는 이음 스프라이싱 부분의 사의 강도가 1850cN이고, 직경이 260마이크론 미만인 것을 특징으로 하는 초고분자량 폴리올레핀 및 천연섬유를 함유하는 방검복용 혼합방적사의 제조방법.
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